Одесское Афонское Пантелеймоновское подворье было основано в 1876 году рядом с железнодорожным вокзалом. Целью подворья было обеспечить паломников временным кровом и пищей, до прибытия парохода или поезда, отправляющихся к святым местам.
Владелец крупнейшего канатного завода на юге Российской империи Яков Александрович Новиков подарил подворью свой участок земли.
В 1893 году на землях подворья был заложен храм. Храм возведён на основании камней, привезённых со Святой Горы Афон1. Он был выстроен таким образом, что два нижних этажа занимали жилые помещения, а выше располагалась церковь, вмещающая до 5000 богомольцев.
После революции 1917 года на территории бывшей Российской империи начинается активная антирелигиозная кампания, выраженная в массовых закрытиях церквей, храмов, монастырей и других культовых сооружений, а также начавшихся гонениях и расстрелах священников. В 1922 году Афонское Пантелеймоновское подворье и храм закрываются.
Вновь открывается храм во время Великой Отечественной войны. При храме были учреждены богословские и пасторские курсы, преобразованные затем в Одесскую Духовную семинарию.
В 1961 году, во время хрущёвской оттепели, храм вновь закрывают, а Духовную семинарию переводят в Свято-Успенский мужской монастырь в Одессе.
В 1963 году в помещении Духовной семинарии открывается планетарий. И только лишь в 1991 году в храме возобновляется богослужение, а 15 августа 1995 года был совершён первый монашеский постриг.

1Святая Гора Афон – Согласно христианскому преданию в 49 году корабль, на котором плыла Богородица вместе с апостолом Иоанном Богословом, попал в сильный шторм, и его прибило к берегу Афона. Дева Мария в мольбах обратилась к Богу подарить ей этот удел, так как красота природы и климат были неописуемы. На что получила ответ: «Да будет место сие удел твой и сад твой и рай и пристань спасения желающих спастись».